提高齿轮刀具工艺性的新方法*

2010-06-13李士晓王鹏飞

河南工学院学报 2010年3期

李士晓，王鹏飞

(河南机电高等专科学校，河南新乡 453002)

目前，制造齿轮常用的方法有成形法和展成法两种。成形法多采用成形齿轮铣刀，同一把刀具只能加工一定齿数范围的齿轮，而且加工一个齿需要分度，因此加工精度和生产率较低，仅用于单件小批生产及修配时用。当生产批量大、精度要求较高时，多采用展成法齿轮刀具(如滚刀、插齿刀和剃齿刀等)，这种刀具通用性强，同一把刀可加工同一模数不同齿数的齿轮。但这种刀具制造时，齿背需铲磨，制造较困难，磨损后，刀齿刃磨不方便。且多采用整体高速钢制造，如果有一个刀齿损坏，整把刀可能就会报废，浪费刀具材料。另一方面，也不利于高速切削刀具材料的应用。

1 提高齿轮刀具工艺性的传统方法

改善刀具工艺性的传统方法主要是采用装配式结构的滚刀。常用的结构有:镶齿滚刀、圆磨齿轮滚刀和硬质合金滚刀等。

1.1 镶齿滚刀

当齿轮滚刀的模数较大时，可做成镶齿结构。常用的有镶齿条的齿轮滚刀和镶单个刀齿的齿轮滚刀两类。

图1a所示的镶齿条的滚刀，主要用于中等模数的滚刀。高速钢齿条2装在刀体1的矩形槽内，槽的宽度和齿条的厚度需有较高的配合精度。齿条两端磨成锥形，用螺母3和4的锥面压紧，装配后，再磨滚刀的前刀面和后刀面。这种滚刀结构简单，工作可靠，容易制造，且可节约高速钢，同时也因为镶齿滚刀刀片锻造容易，可得到细化的金相组织，热处理易于保证整体质量，因而这种滚刀的切削性能好，且刀具寿命高，但刃磨不方便［1］。

图1b为镶单个刀齿的滚刀，刀体1上的槽平行于滚刀轴线，其宽度做得很精确。单个的刀齿4可插在槽内，并由螺钉6压紧在刀体1的垫片5上。刀齿4在轴向的夹持由螺钉2通过垫片3来实现。刀齿预先磨好齿形，再装到刀体上。这种滚刀的优点是:单个齿做成尖齿的(不是铲齿的)，侧后刀面单独刃磨，与齿顶后刀面之间没有固定联系，可按需要刃磨出合理的后角，同时，由于采用了具有互换性的刀齿，可增加滚刀的使用寿命，但由于刀齿要求非常精密，制造困难，目前应用不多［1］。

这两种镶齿滚刀在工艺性上已较整体滚刀有了很大的改进。

1.2 圆磨齿轮滚刀

这种滚刀在制造时采用蜗杆磨床磨制齿面，而不用铲磨。所以也叫不铲磨滚刀，如图2所示。刀片刃磨时装在工艺刀体上。刀体上夹持刀片的刀槽偏离中心，刀片装上后，前刀面离开中心有一段距离a，在蜗杆磨床上刃磨成形，磨完后，卸下刀条，再将其装在滚刀的刀体上，由于前刀面在滚刀中心线上，因而刀齿有了后角，而不需要再铲磨齿形。圆磨滚刀由于用蜗杆磨床刃磨齿面，因而可以采用大直径的砂轮刃磨，与铲磨相比，不仅可提高磨削效率和表面质量，而且容易保证在滚刀全齿长上的齿形精度。圆磨滚刀刀齿的有效长度较长，大大增加了滚刀的可重磨次数。但这种滚刀的刀体和刀片精度都要求较高，制造困难，成本较高，目前应用得也不多［2］。

图2 圆磨齿轮滚刀

1.3 硬质合金滚刀

高速加工硬齿面齿轮时可用硬质合金滚刀。当模数较大时，为了便于制造和节约硬质合金，常以单个刀齿形式焊接在刀体上;当模数较小时，可采用整体式或以硬质合金刀条焊接在刀体上［3］。焊接式结构的硬质合金滚刀已经得到了使用，可转位结构也开始用于硬质合金滚刀。

以上几种结构的滚刀均是在刀体槽上安装上齿条或刀片。齿条、刀片由整体高速钢或硬质合金组成。这种结构如果在普通平面磨床上刃磨，刀头刃磨后会失去原来的尺寸精度。如何保持原来的尺寸参数，即原始参数与刃磨次数无关，必须寻找一种更好的工艺性方法，一方面使刀具本身的切削性能不低于装配式滚刀，另一方面还要在保证要求的精度和提高生产率的前提下，使刀具制造和使用中具有良好的工艺性。

2 提高齿轮刀具工艺性的新方法

为了改善其工艺性，可采用以下方法:按Z倍展成(Z为被切齿轮的齿数)方法形成齿面(按展成法切齿)，切齿刀头均为直线切削刃，在进行切齿过程中，要有严格的展成运动，并且采用组装－可分式结构。刀头可采用不同的刀具材料，刀具整体可采用盘形结构，也可采用蜗杆形结构。

2.1 盘形齿轮刀具

图3a所示为盘形齿轮刀具，刀具直径为φ215mm，装有可更换的18把硬质合金刀头3。用专用心轴1安装在铣床主轴上，实现刀具的定心，并传递扭矩。刀头3安装在刀体2的端面径向分布槽上，用螺钉5旋紧将刀头3固定在盖4上，利用刀头3的球形面与刀体基准环6接触，来保证各刀头的悬伸量相等，刀头借助球形螺母7和锥形垫圈8固定。